IT用語帳
PD-DAI技術 · ディープラーニング

バックプロパゲーション(誤差逆伝播法)

Backpropagation

ばっくぷろぱげーしょん

ニューラルネットワークの出力と正解の誤差(損失)を、出力層から入力層に向かって逆向きに伝え、微分の連鎖律を使って各層の重みに対する損失の勾配を効率よく求める方法。求めた勾配を使い、勾配降下法で重みを更新する。層が深いと勾配が極端に小さくなる勾配消失問題が起きることがある。

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他の資格での定義

Past Exams

過去問での出題

過去問で 1 回出題(情報処理安全確保支援士試験 1)

出典: 独立行政法人情報処理推進機構(IPA)の過去問題。問題文は IPA のサイトの PDF で確認できます。「選択肢」は、問題文ではなく選択肢に出たものです。用語名で照合しているため、関係の薄い問題が含まれることがあります。

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関連キーワードの用語

PD-D勾配消失問題

誤差逆伝播法で、出力層から入力層に向かって勾配を伝えるうちに、層ごとに掛け合わされる微分値が小さいために勾配が指数的に小さくなり、入力に近い層の重みがほとんど更新されなくなる問題。微分の最大値が0.25のシグモイド関数を多層で使う場合や、長い系列を扱うRNNで起きやすい。ReLU関数、重みの初期化の工夫、バッチ正規化、層を飛び越す残差接続、LSTMなどで緩和する。

PD-Dバッチ学習

学習データ全体をまとめて使って損失と勾配を計算し、パラメータを更新する学習の方法。更新の方向が安定するが、1回の更新に全データの計算が要るのでデータが大きいと時間とメモリを多く使う。新しいデータが加わったら全データで学習し直すのが基本で、データを少しずつ使うミニバッチ学習やオンライン学習と対比される。

PD-DLSTM(Long Short Term Memory)

RNNで長い系列の依存関係を学習できるようにしたネットワークの構造。情報を保持する記憶セルと、新しい情報をどれだけ取り込むかの入力ゲート、古い情報をどれだけ捨てるかの忘却ゲート、どれだけ出力するかの出力ゲートを持ち、勾配消失問題を緩和する。機械翻訳、音声認識、時系列の予測に広く使われたが、自然言語処理の主役はTransformerに移った。

PD-Dニューラルネットワーク

脳の神経細胞のつながりを模して、入力層・隠れ層・出力層のユニット(ノード)を重み付きの結合でつないだ数理モデル。各ユニットは入力の重み付き和に活性化関数を適用して出力し、誤差逆伝播法と勾配降下法で重みを学習する。隠れ層を多数重ねたものを使う手法がディープラーニングである。

PD-D多層パーセプトロン

入力層、1つ以上の隠れ層、出力層を全結合でつなぎ、信号が入力から出力へ一方向に流れる順伝播型のニューラルネットワークで、MLPと略す。隠れ層を持たない単純パーセプトロンは線形に分離できる問題しか解けない(XORが解けない)が、非線形の活性化関数を持つ隠れ層を加えることで非線形な問題を学習でき、誤差逆伝播法で学習する。

PD-D局所最適解

最適化の問題で、その近くの解の中では最もよいが、全体で最もよいとは限らない解。勾配降下法は勾配が0になる点で止まるので、局所最適解や、ある方向には極小で別の方向には極大となる鞍点にとどまることがある。確率的勾配降下法のノイズ、モーメンタム、初期値を変えた複数回の学習などで抜け出しやすくする。